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研究生： 陳建守
Jian-Shou Chen
論文名稱： 半批式ST/2-EHA乳化聚合反應:界面活性劑與單體極性之效應
Semibatch ST/2-EHA Emulsion polymerization : The Effect of Surfactants and Monomer polarity
指導教授： 陳崇賢
Chorng-Shyan Chern
口試委員: 林析右
Shi-Yow Lin
許榮木
Rong-Mu Xu
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工程學院 - 化學工程系
Department of Chemical Engineering
論文出版年： 2011
畢業學年度： 99
語文別： 中文
論文頁數： 78
中文關鍵詞： 半批式乳化聚合 、界面活性劑 、苯乙烯 、丙烯酸2-乙基己酯 、甲基丙烯酸甲酯
外文關鍵詞： Semibatch Emulsion polymerization, Surfactant, Styrene, 2-Ethylhexyl acrylate, Methyl methacrylate
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    • 本論文主要是探討半批式ST/2-EHA與MMA/2-EHA乳化聚合反應中乳漿粒子大小的變化與安定性的問題，並且以單體極性與混合型界面活性劑來討論其對所合成粒子的相關效應。在單體極性方面，親水性依序為MMA＞ST＞2-EHA，由實驗結果得知其粒徑大小依序2-EHA、ST、MMA，在共聚合方面其粒徑大小為ST/2-EHA大於MMA/2-EHA，這表示著單體極性亦會影響著乳漿粒子粒徑。界面活性劑在粒子成核時期的濃度扮演著非常重要的角色，並且也是決定粒子粒徑大小與分佈的重要變數。實驗結果顯示，ST/2-EHA共聚合系統中，在起始反應器中高分子型乳化劑（B-2）的濃度是影響粒子粒徑最大的變因，而單體進料中非離子界面活性劑（#5090）的影響並沒有那麼顯著。
    關於乳漿粒子安定性方面，實驗數據顯示ST/2-EHA與MMA/2-EHA共聚合系統中其濾渣百分比相當的低，表示此系統下的粒子是相當安定，但是在低濃度下的B-2與#5090，粒子所吸附的界面活性劑濃度不足，使得乳化聚合系統中黏度急遽的上升，進而產生凝聚的現象，大大的增加實驗上處理困難。

    This study investigates latex particle size control and colloid stabi
    -lity for semi-batch styrene/2-ethylhexyl acrylate emulsion polymerizati
    -on. The effects of the the hydrophilic property of monomer emulsion feed and the mixed poly -mer/nonionic (B-2/#5090) surfactants are investigated.
    Experimental data show that increasing monomer hydrophilicity results in a decreasing the particle size (Monomer hydrophilic ability, MMA>ST>2-EHA). In the semi-batch emulsion copolymerization, styrene/2-ethylhexyl acrylate system shows bigger particle sizes than methyl methacrylate/2-ethylhexyl acrylate system. The concentration of surfactant during the particle nucleation period plays a very important role. The result shows that the particle size decreases with increasing the concentration of surfactants. However, changing the concentration of non-ionic surfactants (#5090) do not change the particle size significantly. The concentration of polymeric surfactant (B-2) is the most important parameter in the semi-batch styrene/2-ethylhexyl acrylate emulsion polymerization.
    In the semi-batch emulsion copolymerization, styrene/2-ethylhexyl acrylate system and methyl methacrylate/2-ethyl -hexyl acrylate system are very stable, as show by the very small amount of scrap. Moreover, the surface of colloidal particles absorbs surfactant (B-2/#5090) is not enough; it will lead to reduce colloidal stability.

    目錄 中文摘要…………………………………………………………………Ⅰ 英文摘要…………………………………………………………………Ⅱ 致謝………………………………………………………………………Ⅲ 目錄………………………………………………………………………Ⅳ 圖目錄……………………………………………………………………Ⅶ 表目錄……………………………………………………………………X 第一章 緒論……………………………………………………………1 1.1 乳液………………………………………………………………1 1.2 乳化聚合反應……………………………………………………1 1.3 乳漿品質及安定性………………………………………………5 1.4 乳化聚合反應的應用……………………………………………6 1.5 研究背景與目的…………………………………………………7 第二章 文獻回顧…………………………………………………………8 2.1 粒子核心成核機構………………………………………………8 2.1.1 聚合體粒子核心形成理論……………………………………8 2.1.2 均質粒子成核理論……………………………………………11 2.1.3 凝聚成核理論…………………………………………………11 2.1.4 單體液滴成核理論……………………………………………11 2.2 乳漿安定性………………………………………………………13 2.3 乳漿膠體安定性機構……………………………………………15 2.3.1 靜電排斥作用力………………………………………………15 2.3.2 立體障礙排斥力………………………………………………17 2.4 其它相關文獻……………………………………………………19 第三章 實驗……………………………………………………………22 3.1 原料………………………………………………………………22 3.2 實驗儀器和設備…………………………………………………23 3.3 實驗方法與程序…………………………………………………25 3.3.1 半批式乳化聚合反應實驗……………………………………25 3.3.2 乳漿粒子粒徑分析……………………………………………31 3.4 實驗程序…………………………………………………………31 第四章 結果與討論……………………………………………………32 4.1 苯乙烯在乳化單體進料之重量比例對乳漿粒子的影響………32 4.1.1 在ST不同比例下其乳漿粒子粒徑數據分析…………………32 4.1.2 在ST不同比例下粒子其乳漿粒子安定性分析………………34 4.2 MMA/2-EHA系統對乳漿粒子的影響………………………………38 4.2.1甲基丙烯酸甲酯(MMA)在乳化單體進料之重量比例對 乳漿粒子與安定性的影響………………………………………38 4.2.2 探討單體親疏水性對於乳漿粒子粒徑影響…………………40 4.2.3探討單體親疏水性對於乳漿安定性影響………………………41 4.3 ST/2-EHA系統中界面活性劑對乳漿粒子與安定性之影 響……………………………………………………………………47 4.3.1非離子型界面活性劑在單體進料中對乳漿粒子的影 響…………………………………………………………………48 4.3.2高分子型乳化劑在起始反應器中對乳漿粒子影 響…………………………………………………………………59 4.4綜合比較界面活性劑濃度對於乳漿粒子之影響……………………69 第五章 結論與建議……………………………………………………68 5.1 結論…………………………………………………………………73 5.2 建議…………………………………………………………………75 參考文獻…………………………………………………………………76 圖目錄 圖2.1-1乳化聚合三種成核機制…………………………………………12 圖2.3-1典型的總凝聚位能障礙（Vt/kT）與粒子間距離（H）之關係…16 圖2.3-2兩個吸附層親水性長鏈分子（非離子型界面活性劑）之粒子在互相靠近時所產生的 熵（ΔS）變化……………………………………………………18 圖2.3-3用來計算兩粒子間立體障礙排斥力之Mackor模式……………18 圖3.3-1乳化聚合反應裝置圖……………………………………………26 圖4.1-1粒子粒徑對單體進料苯乙烯單體重量百分比（WSTY）作圖 …………………………………………………………………36 圖4.1-2濾渣對單體進料苯乙烯單體重量百分比（WSTY）作圖………37 圖4.2-1粒子粒徑對於單體進料MMA單體重量百分比（WMMA）作 圖………………………………………………………………43 圖4.2-2濾渣量(%)對單體進料MMA單體重量百分比（WMMA）作 圖………………………………………………………………44 圖4.2-3粒子粒徑對單體進料ST與MMA單體重量百分比作圖…………45 圖4.2-4濾渣百分比對單體重量百分比（WST、WMMA）作圖…………46 圖4.3-1各單體進料苯乙烯單體重量百分比下，粒子粒徑對單體進料 #5090濃度下作圖………………………………………………50 圖4.3-2各界面活性劑濃度下，粒子粒徑對單體進料苯乙烯單體重量 百分比（WSTY）作圖…………………………………………51 圖4.3-3各單體進料苯乙烯單體重量百分比下，濾渣百分比對單體進 料#5090濃度下作圖……………………………………………52 圖4.3-4單體進料苯乙烯單體重量百分比33%下，黏度對單體進料 #5090濃度下作圖………………………………………………53 圖4.3-5單體進料苯乙烯單體重量百分比50%下，黏度對單體進料 #5090濃度下作圖………………………………………………54 圖4.3-6單體進料苯乙烯單體重量百分比66%下，黏度對單體進料 #5090濃度下作圖………………………………………………55 圖4.3-7單體進料苯乙烯單體重量百分比33%下，粒子粒徑倒數對單 體進料#5090濃度下作圖……………………………………56 圖4.3-8單體進料苯乙烯單體重量百分比50%下，粒子粒徑倒數對單 體進料#5090濃度下作圖……………………………………57 圖4.3-9單體進料苯乙烯單體重量百分比66%下，粒子粒徑倒數對單 體進料#5090濃度下作圖……………………………………59 圖4.3-10單體進料苯乙烯單體重量百分比33%下，粒子粒徑倒數對B-2 濃度下作圖……………………………………………………60 圖4.3-11單體進料苯乙烯單體重量百分比50%下，粒子粒徑倒數對B-2 濃度下作圖……………………………..……………………61 圖4.3-12單體進料苯乙烯單體重量百分比66%下，粒子粒徑倒數對B-2 濃度下作圖……………………………………………………62 圖4.3-13單體進料苯乙烯單體重量百分比33%下，濾渣百分比對B-2 度下作圖……………………………………………………63 圖4.3-14單體進料苯乙烯單體重量百分比50%下，濾渣百分比對B-2 度下作圖……………………………………………………64 圖4.3-15單體進料苯乙烯單體重量百分比66%下，濾渣百分比對B-2 度下作圖……………………………………………………65 圖4.3-16單體進料苯乙烯單體重量百分比33%下，黏度對起始反應器 B-2濃度下作圖………………………………………………66 圖4.3-17單體進料苯乙烯單體重量百分比50%下，黏度對起始反應器 B-2濃度下作圖………………………………………………67 圖4.3-18單體進料苯乙烯單體重量百分比66%下，黏度對起始反應器 B-2濃度下作圖………………………………………………68 圖4.2-1不同單體下所使用二種界面活性劑之ln（Dp）對ln（S）作 圖，其進料單體分別為 （a）WSTY = 33.33%（b）WSTY = 50%（c）WSTY = 66.67%……71 表目錄 表3-1 2-EHA/STY系統的實驗配方表…………………………………27 表3-22-EHA/MMA系統的實驗配方表…………………………………28 表3-32-EHA/STY系統下改變非離子界面活性劑（#5090）濃度之配 方表………………………………………………………………29 表3-42-EHA/STY系統下改變高分子型乳化劑（B-2）濃度之配方表 …………………………………………………………………30 表4-1苯乙烯十一種進料單體比例……………………………………32 表4-2 常見丙烯酸單體對水溶度……………………………………34 表4-3甲基丙烯酸甲酯十一種進料單體比例…………………………38 表4-4本研究所使用單體極性、聚合體粒子數目與粒子粒徑總整理… ……………………………………………………………40 表4-5不同#5090濃度下其粒徑大小與濾渣量………………………47 表4-6不同B-2濃度下其粒徑大小與濾渣量…………………………59

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    無法下載圖示 全文公開日期 2016/07/20 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館：臺灣博碩士論文系統)
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